本发明涉及一种水凝胶材料，具体涉及一种双交联透明质酸水凝胶、其制备方法与应用，生物材料技术领域。
背景技术：
水凝胶是由三维交联网络结构高聚物和介质共同组成的多元体系，因具有良好的吸水、保水、生物相容性及能对刺激产生相应的智能特性等优良性能，其应用已渗入到农、林、牧、园艺、沙漠防治、医疗卫生、生物医药、建筑、石油化工、日用化工、食品、电子和环保等领域，并仍在向更广阔的应用领域拓展。
透明质酸水凝胶由于具有内在的生物相容性、高吸水性、可注射性以及与天然细胞外基质结构相似等优异性质，在药物释放以及软骨、神经、血管、皮肤、喉管等组织工程中表现出良好的应用前景，近年来已在生物医用领域受到广泛关注。
如图1所示，为现有技术中采用改性透明质酸光交联反应形成透明质酸水凝胶的示意图(doi:10.1021/bm049508a)。但该方案中使用的光引发剂水溶性较差，对细胞具有一定的毒性，且力学性能差，最大压缩应力仅为160kpa左右。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种双交联透明质酸水凝胶、其制备方法与应用，从而克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种双交联透明质酸水凝胶的制备方法，其包括：
以改性剂对透明质酸进行改性处理，获得双键化透明质酸；
在交联剂和光引发剂存在的条件下，使所述双键化透明质酸进行物理交联和光化学交联反应，从而获得双交联透明质酸水凝胶，其中，所述交联剂包括鞣酸，所述光引发剂包括苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐、2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮和1-羟基环己基苯基酮中的任意一种或两种以上的组合。
在一些优选实施例中，所述制备方法包括：将透明质酸的水溶液与2-甲基丙烯酸酐的溶液均匀混合，将所获混合液的ph值调至6～10，之后在0～8℃反应8～36h，经后处理，获得所述双键化透明质酸。
在一些优选实施例中，所述制备方法包括：将包含有双键化透明质酸、鞣酸、光引发剂的均匀混合反应体系静置3min～48h，之后进行光照处理，获得所述双交联透明质酸水凝胶。
本发明实施例还提供了由前述方法制备的双交联透明质酸水凝胶。
本发明实施例还提供了前述双交联透明质酸水凝胶在制作生物医疗材料或组织工程材料中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明中的双交联透明质酸水凝胶具有良好的力学性能，且整个方案中透明质酸衍生物自身交联，有效避免了其他大分子链的引入，解决了透明质酸水凝胶因强度过低需与其他大分子链材料复合导致其在实际应用中受限的难题；
2)本发明使用水溶性更好、细胞毒性更小的光引发剂，成胶速度快，且双交联使所获水凝胶的力学性能得到了大大提升，最大压缩应力可达2.5mpa以上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中采用改性透明质酸光交联反应形成透明质酸水凝胶的示意图。
图2是本发明一典型实施方案中一种双交联透明质酸水凝胶的制备过程示意图。
图3是本发明一典型实施方案中制备的双交联透明质酸水凝胶的实物图。
图4是本发明一典型实施方案中ha、ha-m核磁共振氢谱图。
图5是本发明一典型实施方案中制备的双交联透明质酸水凝胶的应力-应变曲线图。
具体实施方式
鉴于现有技术的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，其主要是采用物理交联和化学交联相结合的方法制备双交联透明质酸水凝胶，第一步采用鞣酸作为交联剂，与改性透明质酸链之间形成氢键作用力；第二步采用光化学交联，利用改性透明质酸上的活性基团发生反应，可以有效提高透明质酸水凝胶的力学强度。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的系一种双交联透明质酸水凝胶的制备方法，请参阅图2所示，透明质酸(hyaluronicacid，简称ha)经修饰后得到改性透明质酸(ha-m，亦可称为“双键化透明质酸”)，改性透明质酸溶解后加入适量鞣酸(tannicacid，简称ta)及光引发剂，除去气泡后静置一段时间，光照，得到双交联透明质酸水凝胶。
在一些实施例中，所述双交联透明质酸水凝胶的制备方法包括：
以改性剂对透明质酸进行改性处理，获得双键化透明质酸；
在交联剂和光引发剂存在的条件下，使所述双键化透明质酸进行物理交联和光化学交联反应，从而获得双交联透明质酸水凝胶，其中，所述交联剂包括鞣酸，所述光引发剂可为苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐(lap)、2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(光引发剂2959)和1-羟基环己基苯基酮(光引发剂184)等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
在一些优选实施例中，所述改性剂可以包括2-甲基丙烯酸酐、丙烯酸酐、马来酸酐等中的任意一种或两种以上组合，但不限于此。
在一些优选实施例中，所述制备方法包括：将透明质酸的水溶液与改性剂的溶液均匀混合，将所获混合液的ph值调至6～10，之后在0～8℃反应8～36h，经后处理，获得所述双键化透明质酸。
进一步地，所述改性剂与透明质酸所含重复单元的摩尔比为0.8～5：1。
进一步地，所述制备方法包括：将透明质酸加入水中，形成透明质酸的水溶液。
进一步地，所述透明质酸的水溶液的质量浓度为0.002～0.01g/ml。
进一步地，所述透明质酸的化学结构式为：
进一步地，所述透明质酸的分子量为5万～100万。
进一步地，所述双键化透明质酸的化学结构式为：
进一步地，所述制备方法包括：采用naoh溶液和盐酸将所述混合液的ph值调节至6～10，优选为6～8。
进一步地，所述后处理包括透析和冷冻干燥处理。
其中，所述透析包括：采用去离子水或0.1mol/l氯化钠溶液进行透析3～7天，所述透析采用的透析袋的截留分子量为3500da。
进一步地，所述冷冻干燥处理的时间为1～5天。
在一些更为具体的实施案例之中，所述双键化透明质酸的制备过程包括：配制透明质酸水溶液，在磁力搅拌条件下，加入用量为透明质酸重复单元摩尔数0.8～5倍的2-甲基丙烯酸酐溶液，然后将ph值调至6～10，在0～8℃下反应8～36小时，反应结束后，反应体系依次经透析和冷冻干燥，得到双键化透明质酸。
在一些优选实施例中，所述制备方法包括：将包含有双键化透明质酸、鞣酸、光引发剂的均匀混合反应体系静置3min～48h，之后进行光照处理，获得所述双交联透明质酸水凝胶。
进一步地，所述制备方法包括：将双键化透明质酸溶液、鞣酸溶液与光引发剂溶液混合均匀，形成所述的均匀混合反应体系。
进一步地，所述双键化透明质酸溶液、鞣酸溶液、光引发剂溶液中的溶剂可为去离子水或浓度小于1％的醋酸溶液，但不限于此。
进一步地，所述双键化透明质酸溶液的浓度为0.02～0.05g/ml。
进一步地，所述鞣酸(ta)溶液的浓度为0.01～0.04g/ml。
进一步地，所述光引发剂溶液的浓度为0.001～0.015g/ml。
进一步地，所述双键化透明质酸溶液、鞣酸溶液与光引发剂溶液三者的体积比为8：1：1～6：2：2。
在一些优选实施例中，所述光照处理采用的光源波长为360nm～450nm，光照时间为30s～30min，光照距离为1～30cm。
在一些更为具体的实施案例之中，所述双交联透明质酸水凝胶的制备过程包括：将双键化透明质酸溶液、鞣酸(ta)溶液、光引发剂溶液混合均匀后，避光，除去气泡，静置3min-48h得到一步物理交联后的水凝胶，再经光照，即可得到双交联透明质酸水凝胶。
其中，在一些更为优选的实施例中，所述制备铬酸铵晶体的方法的具体步骤详述如下：
(1)双键化透明质酸的制备：配制透明质酸水溶液，在磁力搅拌条件下，加入用量为透明质酸重复单元摩尔数0.8～5倍的2-甲基丙烯酸酐溶液，然后将ph值调至6～10，在0～8℃下反应8～36小时，反应结束后，反应体系依次经透析和冷冻干燥，得到双键化透明质酸；
(2)双交联透明质酸水凝胶的制备：将双键化透明质酸溶液、ta溶液、光引发剂溶液混合均匀后，避光，除去气泡，静置3min-48h得到一步物理交联后的水凝胶，再经光照，即可得到双交联透明质酸水凝胶。
作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的系由前述方法制备的双交联透明质酸水凝胶。
进一步地，所述双交联透明质酸水凝胶的最大压缩应力在2.5mpa以上。
作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的系前述双交联透明质酸水凝胶在制作生物医用材料中的应用。
藉由前述制备工艺，本发明采用物理交联和化学交联相结合的方法制备双交联透明质酸水凝胶，第一步采用鞣酸作为交联剂，与改性透明质酸链之间形成氢键作用力；第二步采用光化学交联，利用改性透明质酸上的活性基团发生反应，可以有效提高透明质酸水凝胶的力学强度。整个方案中透明质酸衍生物自身交联，有效避免了其他大分子链的引入，解决了透明质酸水凝胶因强度过低需与其他大分子链材料复合导致其在实际应用中受限的难题；并且，本发明使用水溶性更好、细胞毒性更小的光引发剂，成胶速度快，且双交联使所获水凝胶的力学性能得到了大大提升，最大压缩应力可达2.5mpa以上。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及若干较佳实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，实施例中的试验方法均按照常规条件进行。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
本实施例提供了一种双交联透明质酸水凝胶的制备方法，其包括以下步骤：
(1)双键化透明质酸的制备：
透明质酸水溶液：
由透明质酸与去离子水混合配成质量浓度为0.005g/ml的透明质酸水溶液。
双键化透明质酸：
将与透明质酸所含重复单元的摩尔比为3：1的2-甲基丙烯酸酐与透明质酸水溶液混合，然后采用naoh溶液调整ph值至8，在4℃的条件下反应20h，反应结束后，反应体系依次经透析和冷冻干燥，得到双键化透明质酸，双键化透明质酸的结构式如下：
其中，透析为采用去离子水透析5天，冷冻干燥3天，透析所用的透析袋的截留分子量为3500da。
(2)双交联透明质酸水凝胶的制备：
将步骤(1)制备的双键化透明质酸、鞣酸溶液以及苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐(光引发剂)按照体积比为7：1.5：1.5进行混合并静置20h；其中双键化透明质酸的浓度为0.03g/ml，鞣酸溶液的浓度为0.03g/ml，光引发剂的浓度为0.005g/ml；
混合后，避光，除去气泡，得到一步交联后的水凝胶结合物，再经光照，光照波长为360nm，光照时间为8min，光照距离为5cm，得到双交联的透明质酸水凝胶。
本实施例所获双交联透明质酸水凝胶的实物图可参阅图3所示，ha、ha-m核磁共振氢谱图可参阅图4所示，双交联透明质酸水凝胶的应力-应变曲线图可参阅图5所示。
实施例2
本实施例提供了一种双交联透明质酸水凝胶的制备方法，其与实施例1提供的制备方法大致相同，区别在于双交联透明质酸水凝胶的制备的不同，区别如下：
将双键化透明质酸、鞣酸溶液以及苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐(光引发剂)按照体积比为8：1：1进行混合；其中双键化透明质酸溶液的浓度为0.02g/ml，鞣酸溶液的浓度为0.04g/ml，光引发剂的浓度为0.008g/ml。
实施例3
本实施例提供了一种双交联透明质酸水凝胶的制备方法，其与实施例1提供的制备方法大致相同，区别在于双交联透明质酸水凝胶的制备的不同，区别如下：
将双键化透明质酸、鞣酸溶液以及苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐(光引发剂)按照体积比为6：2：2进行混合；其中双键化透明质酸溶液的浓度为0.05g/ml，鞣酸溶液的浓度为0.02g/ml，光引发剂的浓度为0.004g/ml。
实施例4
本实施例提供了一种双交联透明质酸水凝胶的制备方法，其包括以下步骤：
由透明质酸与去离子水混合配成质量浓度为0.002g/ml的透明质酸水溶液。
将与透明质酸所含重复单元的摩尔比为0.8：1的丙烯酸酐与透明质酸水溶液混合，然后采用naoh溶液调整ph值至6，在0℃的条件下反应36h，反应结束后，反应体系依次经透析和冷冻干燥，得到双键化透明质酸，其结构式如实施例1所示，n为125。其中，透析为采用去离子水透析3天，冷冻干燥1天，透析所用的透析袋的截留分子量为3500da。
将步骤(1)制备的双键化透明质酸、鞣酸溶液以及2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(光引发剂)按照体积比为7：1.5：1.5进行混合并静置3min；其中双键化透明质酸的浓度为0.03g/ml，鞣酸溶液的浓度为0.03g/ml，光引发剂的浓度为0.015g/ml；
混合后，避光，除去气泡，得到一步交联后的水凝胶结合物，再经光照，光照波长为420nm，光照时间为30s，光照距离为1cm，得到双交联的透明质酸水凝胶。
实施例5
由透明质酸与去离子水混合配成质量浓度为0.01g/ml的透明质酸水溶液。
将与透明质酸所含重复单元的摩尔比为5：1的马来酸酐与透明质酸水溶液混合，然后采用naoh溶液调整ph值至10，在8℃的条件下反应8h，反应结束后，反应体系依次经透析和冷冻干燥，得到双键化透明质酸，其结构式如实施例1所示，n为2500。其中，透析为采用去离子水透析7天，冷冻干燥5天，透析所用的透析袋的截留分子量为3500da。
将步骤(1)制备的双键化透明质酸、鞣酸溶液以及1-羟基环己基苯基酮(光引发剂)按照体积比为7：1.5：1.5进行混合并静置48h；其中双键化透明质酸的浓度为0.04g/ml，鞣酸溶液的浓度为0.01g/ml，光引发剂的浓度为0.001g/ml；
混合后，避光，除去气泡，得到一步交联后的水凝胶结合物，再经光照，光照波长为450nm，光照时间为30min，光照距离为30cm，得到双交联的透明质酸水凝胶。
对照例1
本对照例与实施例1的区别之处在于：未对透明质酸进行改性处理，其所获透明质酸水凝胶的力学性能测试结果明显不如实施例1。
对照例2
本对照例与实施例1的区别之处在于：采用普通光引发剂，其所获透明质酸水凝胶的力学性能测试结果明显不如实施例1。
本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。
在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。
在本发明案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。
应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。
此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。
1.一种双交联透明质酸水凝胶的制备方法，其特征在于包括：
以改性剂对透明质酸进行改性处理，获得双键化透明质酸；
在交联剂和光引发剂存在的条件下，使所述双键化透明质酸进行物理交联和光化学交联反应，从而获得双交联透明质酸水凝胶，其中，所述交联剂包括鞣酸，所述光引发剂包括苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐、2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮和1-羟基环己基苯基酮中的任意一种或两种以上的组合。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：将透明质酸的水溶液与改性剂的溶液均匀混合，将所获混合液的ph值调至6～10，之后在0～8℃反应8～36h，经后处理，获得所述双键化透明质酸；和/或，所述改性剂包括2-甲基丙烯酸酐、丙烯酸酐、马来酸酐中的任意一种或两种以上组合。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述改性剂与透明质酸所含重复单元的摩尔比为0.8～5：1；和/或，所述制备方法包括：将透明质酸加入水中，形成透明质酸的水溶液；
和/或，所述透明质酸的水溶液的浓度为0.002～0.01g/ml；
和/或，所述制备方法包括：采用naoh溶液和盐酸将所述混合液的ph值调节至6～10。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述后处理包括透析和冷冻干燥处理；优选的，所述透析包括：采用去离子水或氯化钠溶液进行透析3～7天；和/或，所述冷冻干燥处理的时间为1～5天。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：将包含有双键化透明质酸、鞣酸、光引发剂的均匀混合反应体系静置3min～48h，之后进行光照处理，获得所述双交联透明质酸水凝胶；优选的，所述制备方法包括：将双键化透明质酸溶液、鞣酸溶液与光引发剂溶液混合均匀，形成所述的均匀混合反应体系；优选的，所述双键化透明质酸溶液、鞣酸溶液、光引发剂溶液中的溶剂包括去离子水或浓度小于1％的醋酸溶液。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述双键化透明质酸溶液的浓度为0.02～0.05g/ml；和/或，所述鞣酸溶液的浓度为0.01～0.04g/ml；和/或，所述光引发剂溶液的浓度为0.001～0.015g/ml；和/或，所述双键化透明质酸溶液、鞣酸溶液与光引发剂溶液的体积比为8：1：1～6：2：2。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述光照处理采用的光源波长为360nm～450nm，光照时间为30s～30min，光照距离为1～30cm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述透明质酸的化学结构式为：
优选的，所述透明质酸的分子量为5万～100万；
和/或，所述双键化透明质酸的化学结构式为：
9.由权利要求1-8中任一项所述方法制备的双交联透明质酸水凝胶；优选的，所述双交联透明质酸水凝胶的最大压缩应力在2.5mpa以上。
10.根据权利要求9所述的双交联透明质酸水凝胶在制作生物医疗材料或组织工程材料中的应用。
技术总结